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25/09/2020

【智慧科技】全球半導體產業大變局!英特爾遇挫,三星、台積電兩雄爭霸!

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  • 方展策

    方展策

    少年時,曾研習 Geographic Information System,可惜學無所成,僥倖畢業。成年後,誤打誤撞進入傳媒圈子,先後在印刷、電子、網絡媒體打滾,略有小成。中年後,修畢資訊科技碩士,眼界漸擴,決意投身初創企業,窺探不同科技領域。近年,積極鑽研數據分析與數碼策略,又涉足 Location Intelligence 開發項目;有時還會抽空執教鞭,既可向他人分享所學,亦可鞭策自己保持終身學習。

    智城物語

  我們現正居住的城市是用鋼根與水泥築起,未來的智慧城市則是以半導體晶片建成。5G網絡、AI人工智能、IoT物聯網等智慧城市科技,背後無一不靠晶片驅動,因此半導體產業已成全球兵家必爭之地。美國產業研究機構IC Insights公布,2020年半導體的企業排名,三甲分別為美國英特爾(Intel)、韓國三星(Samsung)、台灣台積電(TSMC)。但隨著英特爾晶片製程發展遇挫、三星積極降價搶單、台積電技術屢有突破,全球半導體產業大變局已在醞釀中。

 

英特爾失去技術優勢

 

  曾經在晶片製程上處於領先位置的英特爾,現已失去優勢!英特爾在2020年第二季財報上透露,因為7奈米製程技術存在「嚴重缺陷」,所以要延後量產,預計7奈米晶片到2022下半年始能亮相。相比起台積電5奈米製程已於2020年4月量產,英特爾首席財務長喬治·戴維斯(George Davis)不諱言,技術上已落後台積電至少兩年。

 

  面對此技術窘境,英特爾執行長史旺(Bob Swan)表示,考慮將7奈米製程委外代工,不再堅持自家生產;及後更有消息傳出,台積電是其熱門的代工廠選項。但英特爾至今仍不願證實是否會找台積電幫忙,只表示對晶片製造外判抱持觀望態度,需要先評估不同廠商的優劣之處,然後從中挑選對公司最有利的方案。

 

目前英特爾只有能力製造出10奈米製程晶片,2020年9月3日發表的第11代Core-i處理器,正是其10奈米製程製品。(圖片來源:翻攝Intel官方YouTube影片)

 

IDM製造vs垂直分工

 

  不過,單是英特爾考慮外判,已意味著美國企業主導半導體產業時代或許走到盡頭了。一直以來,英特爾採用「IDM(Integrated Device Manufacturer)」垂直整合製造模式,從晶片設計、生產、封裝測試到最後銷售,皆由單一公司包辦,好處是公司能夠完全監控所有流程,但要實施IDM模式卻需投入大量資金,門檻極高。另一半導體巨擘三星亦是採用這種模式。

 

  另一經營模式為「垂直分工」。有些公司專注做晶片設計與銷售,不設晶片製造廠房(Fabrication),所以被稱為「Fabless(無晶圓廠)」,AMD、NVIDIA、高通(Qualcomm)等均屬這種無廠半導體公司。另有一些公司只替別人製造晶片,不設計自家晶片,統稱為「Foundry(晶圓代工廠)」,台積電正是晶圓代工的開創者。

 

  垂直分工模式的出現,讓晶片設計與製造得以分離。無廠公司做出晶片設計方案後,交給晶圓代工廠負責製造,令晶片業的入行門檻大幅降低。這樣不但吸引很多初創公司進入AI晶片設計領域,更讓很多曾是IDM模式的美國晶片企業關掉美國廠房,外判給亞洲代工廠生產。但英特爾卻一直堅持採用IDM模式,認為唯有兼顧設計與製造兩方面,才可達到最佳的生產效益。

 

在晶片業界,評價工廠技藝高低的主要標準是製程,現時以「奈米(Nanometer)」為量度單位。數字愈小,代表能在更細小的晶片中塞進更多晶體管,不但運算效能更高,耗電量也更小。譬如說,5奈米比7奈米先進,7奈米則比10奈米先進。(圖片來源:Samsung官網)

 

台積電、三星成領頭羊

 

  事實上,英特爾在過去30多年能夠處於市場領導者的地位,正是得益於IDM模式,所以當英特爾在7奈米製程被卡關,表示考慮外判生產時,確是震撼了整個晶片業界。隨著英特爾在技術上呈落後之勢,台積電與三星現已被視為晶片業先進製程的領頭羊。

 

  在蘋果秋季發表會上,執行長庫克(Tim Cook)發表了新一代iPad Air平板電腦,內裡所用的A14處理器,正是台積電最先進的5奈米製程所代工生產。另一邊廂,三星亦不遑多讓,已奪得高通5G手機處理器Snapdragon 875的訂單,預計於2020年12月發表的三星、小米、OPPO等品牌的旗艦級手機,都會用上這枚三星5奈米製程晶片。

 

  早於2019年4月,三星發表「半導體2030願景」,宣布計劃投入133兆韓圜(約8,960億港元),提升晶片製造競爭力,希望在2030年躍居為半導體市場龍頭;韓國總統文在寅更揚言,政府會積極幫助三星實現目標,搶下全球晶圓代工第一的寶座。

 

為求追上台積電的5奈米產能,三星於2020年5月宣布,將在韓國平澤園區擴編生產線,專注於5奈米以下的極紫外光(EUV)製程技術,預計會在2021年下半年開始運作。(圖片來源:Samsung官網)

 

三星降價爭取訂單

 

  三星雖獲國家支持,惟在製程技術上卻被台積電超前了。台積電5奈米製程已在2020年4月量產,三星5奈米製程要等到2020年底才能量產。三星的先進製程發展落後於台積電,其中一個原因是三星集團旗下還有記憶體業務需要發展,以致分散了研發資源。

 

  相較之下,台積電是純晶圓代工廠,研發團隊可專注開發晶片製程技術,生產線亦只需針對晶圓代工進行調整,使其先進製程發展能夠保持優勢。在下一代3奈米製程研發上,三星因考慮到生產良率的問題,被迫放棄既有的FinFET(鰭式電晶體)架構,改用GAA(閘極全環)進行開發。至於台積電,則有能力在FinFET架構上進入3奈米製程,並可維持產品的效能表現,足證其製程技術比對手更勝一籌。

 

台積電於1987年成立,當時製程遠不如英特爾,落後兩代之多。踏入2020年,台積電5奈米製程已於第二季進入量產階段,而效能與之相若的英特爾7奈米晶片遲至2022下半年才能面世。如此一來,台積電在製程技術上已完全拋離英特爾!(圖片來源:台積電官網)

 

  盡管在技術層面處於不利位置,但三星卻可憑藉低價競爭優勢扳回一城,近日已成功奪下IBM、NVIDIA、高通等代工訂單。三星的做法是,先用低價搶到客戶,之後再逐步改善晶片製程的良率,降低生產成本,即是「蝕頭賺尾」。因此,三星一直都能以低於台積電20%至35%的價格來搶單。

 

台積電不跟客戶競爭

 

  然而,三星本身卻存有一大先天缺憾,致使與台積電的競爭落於下風。三星作為一個IDM廠商,既要設計手機晶片,又要兼營晶圓代工,更要販售自家品牌的手機。當一家手機晶片設計公司考慮外委三星代工生產時,不免有點擔心商業機密可能會被外洩,這正是蘋果(Apple)近年不再下單給三星代工的主要原因之一。相形之下,台積電只做晶圓代工,不會跟客戶競爭,便成為其最大的競爭優勢了。

 

  正因如此,台積電即使失去了華為這個大客戶,但AMD、蘋果等美國大客戶都有增加訂單,填補華為帶來的產能空缺,結果營收竟然不跌反升。2020年前8個月,台積電累計營收高達新台幣 8,500 億元(約2,260億港元),較2019年同期暴升3成以上。

 

  市場研調機構TrendForce評估,2020年第二季全球晶圓代工市場份額,台積電與三星各佔51.5%與18.8%;及至第三季,兩者差距更進一步擴大,台積電市佔率增長到53.9%,三星則下跌至17.4%。由是觀之,三星要成為晶圓代工第一的野心,已變得愈來愈難實現了。

 

在晶圓代工領域,台積電再加上聯華電子、力晶科技、以及世界先進等台灣企業,坐擁全球接近6成市佔率。(圖片來源:台積電官網)

所謂「晶圓(Wafer)」,意指製造晶片(Chip)所用的矽晶片,通常一片晶圓可以切割出幾十枚晶片。(圖片來源:Samsung官網)

 

 

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